Zon-WEL. Dynamische Zonnegevel Openbaar eindrapport

Transcriptie

1 ECN-E Zon-WEL Dynamische Zonnegevel Openbaar eindrapport ECN - B.J. de Boer Cepezed - J. Heijnis, J. Pesman Free Energy Europe - P. van der Vleuten Itho - L. van Bohemen AGC Flat glass - A. Peters, M. Jansen Level Energy technology - W.B. Veltkamp, P. Hoogendoorn TNO - P. de Wilde, B. van Kampen, L. Zonneveldt, E. de Groot Jan van der Vlugt bv - K. van der Vlugt Rijksgebouwendienst - E. Schoenmaeckers April 2008

2 Verantwoording Dit project is uitgevoerd met subsidie van het Programma E.E.T. (Economie, Ecologie, Technologie) een gezamenlijk initiatief van de Ministeries van Economische Zaken, Onderwijs, Cultuur en Wetenschappen en Volksgezondheid, Ruimtelijke Ordening en Volkshuisvesting. Het programma is uitgevoerd door het Programmabureau E.E.T., een samenwerking van Senter en Novem. EET Project nr. K Abstract The main goal of the Zon-WEL-project 'dynamic solarfacade' was the development of innovative facade components and facade concepts which enable an intelligent facade system that: adapts dynamically to actual conditions (day/night, seasons) is market conform (in the sense that in terms of investments, exploitation costs and esthetics it does not distinguish negatively compared to standard facade systems) reduces the energy use of buildings by 50% (based on EPC-calculations, this means the EPC of dwellings is 0.5 and for offices 0.7), and in the future enables energy-zero concepts. has a low environmental impact during the life-cycle of the facade/building (that means reducing the use of material and energy use during the phases of production, usage and demolishing) The project has been executed following the different phases: 1 Inventory of technique & market 2 Programme of requirements & wishes 3 Concept development 4 Development trajectory for components & systems 5 Demonstration, knowledge transfer The result of the project is a facade concept (the Smartbox Energy Facade) that is market conform and reduces the building related energy use by more than 50% without any additional costs compared to business as usual. On top of that it also improves the indoor climate due to decentralised facade integrated installations. The decentral installation-unit (the Smartbox) is integrated in the facade and takes care of the indoor climate of the space behind the facade. The facade concept can be realized without additional costs due to savings on the installations (equipment, ducts and cables) and a decreased gross floor height. The energy demand is reduced with 50% by measures like improved insulation, smart sun shading and daylight admittance combined with energy-efficient heating, cooling and ventilation. With the window integrated ETAP system daylight can be directed to the back of the room thus increasing lighting quality and decreasing the energy use of artificial lighting. More information can be found at ECN-E

3 The Smartbox Energy Facade is the result of the R&D project Dynamische Zonnegevel Zon- WEL (Dutch acronym for Heat, Electricity and Light of the Sun). 1 The project is executed by ECN, TNO, Cepezed architects, Level Energy Technology, ITHO, AGC Flatglass, Free Energy Europe, Jan van der Vlugt & Zn. and the Rijksgebouwendienst. Voorwoord Dit rapport is door de penvoerder ECN opgesteld aan de hand van de door de partners gezamenlijk gemaakte voortgangsrapportage van het Zon-WEL project. Naast de bijdrages van de auteurs die ook op het voorblad zijn genoemd, zijn er gedurende het project ook diverse waardevolle, inhoudelijke bijdrages geweest die in dit rapport zijn opgenomen of hebben personen anderszins bijgedragen aan de totstandkoming van het eindresultaat. In het rapport is niet bij ieder onderdeel aangegeven wie eraan heeft bijgedragen. Daarom wil ik hierbij graag de volgende personen nogmaals bedanken voor hun bijdrage aan het project: E.J. Bakker, B. Jablonska, M.J.M. Jong, H.F. Kaan, F.A.T.M. Ligthart, H.H.C. de Moor, I.J. Opstelten, J, Paauw, M. Reinders, G.J. Ruijg, R. Schuitema, N.C. Sijpheer [ECN]; J. Heijnis, J. Pesman B. van Lieshout [Cepezed architecten]; L. van Bohemen, Henk-Willem Brouwer [Itho bv]; A. Peters, M. Jansen [AGC Flatglass]; W.B. Veltkamp, P. Hoogendoorn [Level Energy Technology]; B. van Kampen, P. de Wilde, E. de Groot [TNO], L. Zonneveldt [TNO, TU/e] K. van der Vlugt [Jan van der Vlugt bv], E. Schoenmaeckers [Rijksgebouwendienst]. Voor de organisatie van de presentatiemiddag bij ECN gaat onze dank uit naar A.Th. Huese-Meeder [Vos en Veld] en M.J. Kuit [ECN]. Tenslotte ook een woord van dank aan M. Kavelaars van SenterNovem (EET) voor de begeleiding en adviezen gedurende het project. Namens het Zon-WEL team, B.J. de Boer [ECN - Penvoerder Zon-WEL] 1 This project is supported with a grant of the Dutch Programme EET (Economy, Ecology, Technology) a joint initiative of the Ministries of Economic Affairs, Education, Culture and Sciences and of Housing, Spatial Planning and the Environment. The programme is run by the EET Programme Office, SenterNovem. ECN-E

4 Inhoud Verantwoording 2 Abstract 2 Voorwoord 3 Lijst van tabellen 7 Lijst van figuren 7 Samenvatting 8 1. Projectbeschrijving Inleiding Doelstelling van het project Beoogd resultaat Beoogde bijdrage aan EET doelstellingen Economie Ecologie Technologie Projectpartners en taakverdeling Projectpartners Samenwerkingsstructuur Onderzoeksstructuur Uitvoering, fasering Taak I: Inventarisatie & analyse techniek, markt, ecologie Inventarisatie & analyse techniek Doel van de taak Werkzaamheden Resultaten Inventarisatie & analyse markt Doel van de taak Werkzaamheden Resultaten Inventarisatie & analyse ecologie Doel van de taak Werkzaamheden Resultaten Conclusie Synergiepunten Doel van de taak Werkzaamheden Resultaten Taak II: Programma van wensen & eisen Doel van de taak Werkzaamheden Resultaten Taak III: Gevelconceptontwikkeling & deelonderzoek Conceptontwikkeling met behulp van PvE Doel van de deeltaak Werkzaamheden Resultaten Bouwfysisch en bouwtechnisch onderzoek Doel van de deeltaak 23 ECN-E

5 4.2.2 Werkzaamheden Resultaten Energetische aspecten, verkennend onderzoek ECN Daglicht aspecten, verkennend onderzoek TNO (licht) Deelonderzoek Zon WEL: warmte, elektriciteit & licht Doel van de deeltaak Werkzaamheden Resultaten deelonderzoek componenten Vacuümisolatiepanelen (VIP) Regelbare vacuümisolatie PV op vacuümpanelen Doorzicht PV panelen 'Slimme beglazing' Installatieunit Climate Control Unit (CCU) of Smartbox Voorlopig gevelontwerp Doel van de deeltaak Werkzaamheden Resultaat Metingen aan componenten Doel van deze deeltaak Werkzaamheden Resultaten Decentrale installatie unit [Level] Semi-decentrale installaties [Itho] Evaluatie en definitieve keuze Taak IV: Ontwikkeling van componenten en systemen Definitief ontwerp Zon-WEL testgevel (componenten en gevelsysteem) Doel van de deeltaak Werkzaamheden Resultaat Problematiek Oplossingsrichting Concept Kenmerken Bouwen van prototype gevels Realiseren en meten van testopstellingen Toetsen van Zonnegevel op bouwkundige en functionele eisen Metingen energieprestatie testgevel ECN Lichtopbrengst metingen en resultaten TNO Kosten-baten analyse Taak V: Demonstratie, kennisoverdracht Doel van deze taak Werkzaamheden Resultaat Demonstratie-materiaal 49 ECN-E

6 6.3.2 Eindpresentatie Website Artikelen, publicaties Conclusies Eindconclusie Commerciële vooruitzichten van het E.E.T.-project Vervolgtraject, pilot-project 53 Bijlage A Schetsen Gevelsystemen Zon-Wel 54 Bijlage B Simulaties Zon-WEL basis variant 55 Bijlage C Bijlage 3 Schetsontwerpen Climate Control Unit 57 Bijlage D Ontwerp Zon-WEL gevel testgevel 58 Bijlage E Schetsontwerp Zon-WEL gevel 59 Bijlage F Definitief Ontwerp Zon-WEL testgevel 60 Bijlage G Foto s realisatie testgevel 61 ECN-E

7 Lijst van tabellen Tabel 1 Overzicht maatregelen van de Zon-WEL basisvariant...24 Tabel 2 Warmte- en koudevraag en overschrijdingsuren bij verschillend installatievermogen..25 Tabel 3 Rekenwaarden voor berekening effect regelbare isolatie...27 Tabel 4 Keuzetabel voor ventilatie in semi- decentraal systeem...33 Tabel 5 Resultaten van de blowerdoortest...42 Tabel 6 Overzicht maatregelen van de Smartfacade vergeleken met standaard nieuwbouw...45 Tabel 7 Investerings- en exlpoitatielasten van traditioneel gevelsysteem versus Smartfacade...48 Lijst van figuren Figuur 1 Schetsen van in de gevel geïntegreerde installaties...22 Figuur 2 Schetsen Zon-WEL concept...23 Figuur 3 Koelvermogen inclusief hulpenergie als functie van het temperatuurverschil tussen binnen en buiten...28 Figuur 4 Opbouwmogelijkheden vacuüm-pv paneel...28 Figuur 5 Opengewerkt monster vacuümisolatiepaneel (links) en a-si in isolatieglas (rechts)...29 Figuur 6 Luxaclair met retroreflecterende lamellen...30 Figuur 7 Eerste ontwerptekeningen van het CCU concept...31 Figuur 8 Ruimtelijke weergave CCU met luchtstromingsrichtingen...31 Figuur 9 Overzicht van de verschillende ventilatieprincipes...32 Figuur 10 Voorlopig ontwerp Zon-WEL gevel...34 Figuur 11 Transparant prototype van de Smartbox of RCCS...35 Figuur 12 Foto van het (opengewerkte) prototype van de decentrale WTW-ventilatieunit...36 Figuur 13 Zon-WEL testgevel ECN Petten...39 Figuur 14 Testruimte TU/e met meetcomputer en luminantiecamera...39 Figuur 15 Meetruimte met de semi-decentrale installaties(l) en de Smartbox (r)...40 Figuur 16 Plattegrond (van de begane grond) en zijaanzicht van de testwoning Figuur 17 De installaties op de begane grond (onder) en de verdieping (boven) in de draaibare onderzoeksfaciliteit van ECN...41 Figuur 18 Infrarood opnamen van de Smartfacade...42 Figuur 19 Afgenomen elektrisch vermogen begane grond (Itho ruimte)...43 Figuur 20 Elektrisch vermogen eerste verdieping (Level ruimte)...44 Figuur 21 Gemeten comfort niveau in beide ruimten Figuur 22 Energiebesparingspotentieel van de Smartbox energy facade in vergelijking met een standaard referentiekantoor...45 Figuur 23 Principe schets van de werking van het ETAP systeem (links) en foto van lamellen zonder en met retroreflecterende coating (rechts)...46 Figuur 24 Afbeeldingen van de kantoorcel (links), referentie kantoor (midden) en Zonwel kantoor (rechts)...47 Figuur 25 Foto's van de eindpresentatie bij ECN (juni 2007)...49 Figuur 26 Selectie van twee pagina's van de website ECN-E

8 Samenvatting De hoofddoelstelling van het Zon-WEL-project 'dynamische zonnegevel' was het ontwikkelen van innovatieve gevelcomponenten en gevelconcepten die leiden tot een intelligent gevelsysteem dat: zich aanpast aan heersende condities (dag/nacht, seizoenen) marktconform is (d.w.z. zich qua investering, exploitatiekosten en esthetiek niet negatief onderscheidt van gangbare gevelsystemen) een halvering van het gebouwgebonden energiegebruik realiseert (op basis van EPCberekeningen: EPC woningen van 0,5 en EPC kantoren van 0,7), later zelfs energie-nul concept over de gehele levensketen een lage milieu-impact heeft (vermindering materiaal- en energiegebruik tijdens productie- en gebruiksfase, goede hergebruiksmogelijkheden) Het project is gefaseerd uitgevoerd en bestond uit de volgende onderdelen: 1 Inventarisatie techniek & markt 2 Programma van wensen & eisen 3 Conceptontwikkeling 4 Ontwikkeltraject voor componenten & systemen 5 Demonstratie, kennisoverdracht Het resultaat van het project is een marktconform gevelconcept (de Smartbox Energy Facade) dat zonder meerkosten een halvering van het gebouwgebonden energiegebruik mogelijk maakt en bovendien een verbetering van het binnenklimaat geeft. De in het project ontwikkelde, decentrale installatie-unit (de Smartbox) is geïntegreerd in de gevel en regelt het binnenklimaat van de achterliggende ruimte. Het gevelconcept kan, in vergelijking met standaard nieuwbouwkantoren zonder meerkosten worden uitgevoerd door de besparingen op installaties (kanalen en leidingen) en een bruto lagere verdiepingshoogte. De energievraag wordt gehalveerd door o.a. betere isolatie, slimme zonwering en daglichttoetreding gecombineerd met energie-efficiënte verwarming, koeling en ventilatie. Met het ETAP daglichtsysteem kan daglicht verder de ruimte in worden gebracht waarmee het lichtcomfort toeneemt en het energiegebruik (voor kunstlicht) afneemt. Meer informatie over het gevelconcept is tevens te vinden op De Smartbox Energy Facade is ontwikkeld binnen het onderzoeksproject Dynamische Zonnegevel Zon-WEL (Warmte, Elektriciteit en Licht van de zon). 2 Het onderzoek is uitgevoerd door ECN, TNO, architectenbureau Cepezed, Level Energy Technology, ITHO, AGC Flatglass, Free Energy Europe, Jan van der Vlugt & Zn. en de Rijksgebouwendienst. 2 Dit project is uitgevoerd met subsidie van het Programma E.E.T. (Economie, Ecologie, Technologie) een gezamenlijk initiatief van de Ministeries van Economische Zaken, Onderwijs, Cultuur en Wetenschappen en Volksgezondheid, Ruimtelijke Ordening en Volkshuisvesting. Het programma wordt uitgevoerd door het Programmabureau E.E.T., een samenwerking van Senter en Novem. ECN-E

9 1. Projectbeschrijving 1.1 Inleiding De gevel zoals die traditioneel wordt ontworpen en gemaakt, is een vrij log en statisch systeem dat onder andere als functie heeft licht door te laten en warmte tegen te houden. Nieuwe materialen maken het mogelijk om een gevel de rol van energie-opwekker te geven (d.m.v. zonnecelpanelen en thermische collectoren), of om de warmte-uitwisseling te reguleren (d.m.v. schakelbare vacuümisolatie en intelligente beglazing). Een dynamische gevel, die ontstaat door innovatieve materialen en technieken zoals vacuümisolatie, slimme zonwering en daglichttoetreding en innovatieve installatietechnieken toe te passen, maakt het mogelijk om een comfortverhoging te combineren met minimaliseren van de energiebehoefte. Een dynamische zonne-energie gevel kan in een noodzakelijke vermindering van de behoefte aan fossiele energie voorzien, duurzame energie genereren en daarnaast een comfortabel binnenklimaat verzorgen. Naast energie besparen en comfortverhogen is het van groot belang om de gevelsystemen betaalbaar te houden door bijvoorbeeld zo veel mogelijk te prefabriceren. Hierdoor wordt in de bouwwereld industriële kwaliteit en nauwkeurigheid in de uitvoering verkregen, resulterend in betere, goedkopere, energiezuinige gebouwen met een hoger comfortniveau. 1.2 Doelstelling van het project De hoofddoelstelling van het Zon-WEL-project was het ontwikkelen van innovatieve gevelcomponenten en gevelconcepten die leiden tot een intelligent gevelsysteem dat: zich aanpast aan heersende condities (dag/nacht, seizoenen) marktconform is (d.w.z. zich qua investering, exploitatiekosten en esthetiek niet negatief onderscheidt van gangbare gevelsystemen) een halvering van het gebouwgebonden energiegebruik realiseert (op basis van EPCberekeningen: EPC woningen van 0,5 en EPC kantoren van 0,7), later zelfs energie-nul concept over de gehele levensketen een lage milieu-impact heeft (vermindering materiaal- en energiegebruik tijdens productie- en gebruiksfase, goede hergebruiksmogelijkheden) Door het ontwikkelen van nieuwe gevelcomponenten en deze te combineren en integreren in gevelconcepten wordt de basis gevormd voor zeer energiezuinige, maar toch betaalbare gebouwen. Het uiteindelijke streven is om op langere termijn te komen tot economisch aantrekkelijke energie-nul concepten voor zowel woningen (vooral renovatie van gestapelde bouw) als kantoren. 1.3 Beoogd resultaat Het gewenste resultaat volgens het projectvoorstel was een op benutting van zonne-energie gebaseerd dynamisch gevelconcept voor gestapelde woning- of utiliteitsbouw, dat op het gebied van duurzame energie benutting, energiebesparing en comfortniveau een doorbraak betekent ten opzichte van weliswaar modern ogende maar functioneel feitelijk traditionele gevels. De te ontwikkelen Zonnegevel, zoals door het consortium werd beoogd, zou modulair, in schillen, opgebouwd moeten zijn waarbij de eindgebruiker de keuzevrijheid heeft om de gevel meer of minder intelligent uit te voeren. Combinaties met andere gebouwdelen (zoals vloeren of daken) dienen hierbij eenvoudig gemaakt te kunnen worden. ECN-E

10 Het eindresultaat diende een gevelconcept te worden waarmee de gebouwgebonden energiebehoefte in de woning- en utiliteitsbouw, zowel bij renovatie als nieuwbouw, tegen beperkte meerkosten gehalveerd kan worden en waarmee uiteindelijk gebouwen met een netto nul energiegebruik (mede) gerealiseerd kunnen worden. 1.4 Beoogde bijdrage aan EET doelstellingen Het programma Economie, Ecologie, Technologie (E.E.T.) ondersteunt innovatieve instellingen en bedrijven om samen te werken aan technologische innovatie. Op welke wijze dit project heeft kunnen bijdragen aan het verbeteren van deze drie onderdelen staat hieronder beschreven Economie Door nieuwe en verbeterde producten zal een vergroting van de bestaande marktaandelen van de partners kunnen worden gerealiseerd. Deze marktgroei is niet beperkt tot Nederland maar zal tot een vergroot marktaandeel in met name West-Europa kunnen leiden. De markt voor de nieuw te ontwikkelen technologieën en gevelconcepten beperkt zich voor de meeste partners tot de architecturale sector. Het marktaandeel op middellange termijn, zal naar verwachting zeer hoog zijn Ecologie Dit project is gericht op de ontwikkeling van verbeterde en nieuwe energieconversie- en besparingstechnieken, productietechnologie en integratie van duurzame energiesystemen in gevels. Doel hierbij was maximalisatie van duurzame energiebronnen waardoor minimalisatie van de inzet van fossiele brandstoffen mogelijk wordt. Bij de ontwikkeling van de duurzame gevelcomponenten en systemen heeft aandacht voor milieuaspecten over de totale levenscyclus (LCA) voorop gestaan Technologie Om de zonnegevel te realiseren was componentontwikkeling, onderlinge afstemming en integratie noodzakelijk. Er is op drie gebieden van zonne-energiebenutting onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van componenten tot een gevelelement: (Regelbare) vacuümisolatie en thermische zonne-energiebenutting (Zon-thermisch) Dunne-film en doorzicht zonnepanelen (Zon-fotovoltaisch) Intelligente, lichtregulerende beglazing (Zon-lichttoetreding) Daarnaast is de ontwikkeling van een gevelgeïntegreerde unit met installaties (de Smartbox) een belangrijk onderdeel van het project geweest. De componenten zijn geïntegreerd tot een modulair systeem dat energiezuinig, gebruikersvriendelijk, goedkoop en toch kwalitatief hoogwaardig is. In dit project werd een conceptuele ontwikkeling nagestreefd waarbij de componenten simpel aan elkaar gekoppeld en gecombineerd kunnen worden. ECN-E

11 1.5 Projectpartners en taakverdeling Projectpartners In het project werkte een groot aantal partijen samen, te weten: ECN Cepezed Free Energy Europe Itho Level Energy Technology AGC Flatglass Rijksgebouwendienst TNO Van der Vlugt ECN en TNO zijn leidende onderzoeksorganisaties op het gebied van energie en gebouwen. Het architectenbureau Cepezed is toonaangevend in het ontwikkelen en toepassen van geavanceerde gebouwtechnologie. Level Energy Technology heeft ervaring in onderzoek en ontwikkeling van energiebesparende producten, zoals tegenstroom warmtewisselaars voor lucht, vacuüm isolatie en collectoren met thermisch gelaagde seizoenopslag. AGC Flatglass is een van de belangrijkste glasindustrieën in Nederland. Van der Vlugt is actief zowel in ontwikkeling en vervaardiging van gevelconstructies als in projectontwikkeling. Free Energy Europe was bij de start van het project de enige Nederlandse fabrikant van amorfe zonnecellen. Itho (tevens eigenaar van ZEN) heeft een belangrijk aandeel in de mechanische ventilatie en warmteterugwinningsmarkt en via haar dochterbedrijf ZEN ook in zonnecollectormarkt. De Rijksgebouwendienst zorgt voor de huisvesting van rijksdiensten, zelfstandige bestuursorganen en internationale organisaties en is bij uitstek geschikt om als potentieel eindgebruiker van het in het EET project ontwikkelde zonnegevel-concept op te treden Samenwerkingsstructuur De projectcoördinatie lag bij ECN, per taak was er echter een aparte taakleider verantwoordelijk voor de uitvoering van de deelprojecten. De partners hebben elk een projectleider en contactpersoon voor coördinatie van de werkzaamheden binnen het eigen bedrijf aangewezen. Er is regelmatig, circa eens in de vier tot acht weken, een werkbespreking gehouden tussen de taak- en projectleiders om de werkzaamheden te evalueren en op elkaar af te stemmen. Dit gebeurde op initiatief en onder voorzitterschap van de penvoerder (projectleider/coördinator bij ECN), die eveneens de contacten met het E.E.T.-programmabureau en de externe contacten onderhield. Daarnaast is er frequent bilateraal werkoverleg in klein comité tussen de verschillende projectpartners geweest Onderzoeksstructuur De componenten konden nog beter tot hun recht komen doordat er naast de ontwikkelingen op productniveau een integraal energetisch, systeemtechnisch en bouwkundig ontwerp is gemaakt, waarbij de gebruiker van het gebouw centraal bleef staan. De componentontwikkeling werd versterkt door systeemstudies (simulaties) en duidelijke functie-eisen vanuit de gebruikerskant. Hiermee kon de complementariteit worden bevorderd, het comfortniveau van het dynamische zonnegevelsysteem zo hoog mogelijk worden gehouden en tegelijkertijd het energiegebruik en de kosten zo laag mogelijk worden. Er is uitgegaan van een ambitieuze ontwikkellijn voor een dynamisch zonnegevelconcept bestaande uit: dichte delen met (regelbare) vacuümisolatiepanelen en PV panelen aan de voorzijde; ECN-E

12 doorzichtige delen die actief reageren op de zonnestraling en zorgen voor de gewenste zonwering en verlichtingsniveaus zonder comfortaspecten, uitzicht en belevingswaarde tekort te doen; warmtebenutting door middel van passieve of actieve zonne-energiebenutting met collectoren, raam- of gevelspouwen gecombineerd met ventilatie en warmteterugwinning Het dynamische karakter van de gevel is met name verkregen door de ontwikkeling van de gevelgeïntegreerde installatie-unit. Voor de ontwikkeling van de innovatieve componenten was onderzoek benodigd. Door de ontwikkeling van de componenten, waarbij de flexibiliteit in de maatvoering, op elkaar is afgestemd ontstond een modulair systeem waarbij de componenten als uitwisselbare modules in de schil naar keuze samengesteld kan worden. Figuur 1 Onderzoeksstructuur Zon WEL Dynamische Zonnegevel 1.6 Uitvoering, fasering Het onderzoek is gedurende een periode van vier jaar gefaseerd en in (deel-)taken uitgevoerd. Deze taken konden deels parallel worden uitgevoerd. Er zijn vijf taken geformuleerd die elk weer uit deeltaken bestonden. Taak 1: Inventarisatie & analyse techniek, markt, ecologie Taak 2: Programma van wensen & eisen Taak 3: Gevelconceptontwikkeling & deelonderzoek Taak 4: Ontwikkeling van componenten, systemen en productietechnieken Taak 5: Demonstratie, kennisoverdracht In de volgende hoofdstukken worden de doelen, de werkzaamheden en de resultaten van bovenstaande taken beschreven. ECN-E

13 2. Taak I: Inventarisatie & analyse techniek, markt, ecologie 2.1 Inventarisatie & analyse techniek Doel van de taak De inventarisatie heeft ten doel gehad: inzicht te geven in toepasbaarheid van interessant geachte technieken, componenten kennis te nemen van relevante, nieuwe ontwikkelingen mogelijke systeemcombinaties voor toepassing in Zon-WEL te identificeren Werkzaamheden In deze fase is de huidige stand van de techniek en aanwezige kennis bij de partners in kaart gebracht. Er is gekeken naar nieuwe productietechnologieën, verwachte toekomstige ontwikkelingen en systeemcombinaties die voor zonnegevels die denkbaar zijn. De drie te onderzoeken technologieën betroffen zon-photovoltaïsch, zon-thermisch en zonlichtbenutting/zonwering. Door de eerste gegenereerde ideeën voor te leggen aan de RGD als potentieel eindgebruiker wordt duidelijk welke aspecten de gebruiker met name waardeert en belangrijk acht. Door slimme combinaties van componenten te maken kan de Zon-WEL gevel meerwaarde krijgen. Er is een vergelijking tussen zonnegevels en standaard gevels gemaakt door de effecten op het milieu van wieg tot graf middels de Life Cycle Analysis (LCA)- methodiek te beschouwen Resultaten Voor warmtapwaterbereiding in woningen is in Nederland de afgedekte vlakke plaatcollector van ruim 4 m 2 in combinatie met een voorraadvat van circa 100 liter het meest geschikt. Voor ruimteverwarming is de vacuümbuiscollector geschikter omdat deze in het stookseizoen beter presteert. Er is in dit geval een opslagmedium nodig van enkele duizenden liters water of het equivalent hiervan aan wamteopslagcapaciteit. Mede om die reden worden zonneboilers voor ruimteverwarming niet algemeen toegepast. Voor montage in de zuidgevel moet voor beide typen worden gerekend met een rendementsverlies van circa 25% ten opzichte van de ideale hoek van rond de 40 graden. Toepassing in de gevel ligt hierdoor niet voor de hand. Bij toepassing van hoogrendement warmteterugwinning uit de ventilatielucht is een luchtcollector overbodig omdat de warmte voor 90-95% wordt teruggewonnen. Als warmteterugwinning niet wordt toegepast kan de luchtcollector een beperkte bijdrage leveren bij het verwarmen van de ventilatielucht. Luchtcollectoren kunnen 's winters wek gebruikt worden om buitenlucht voor te verwarmen tot boven het vriespunt, denk bijvoorbeeld aan bodembuizen. Het aanbod van zonnewarmte is echter voor een groot deel asynchroon met de warmtevraag. Dat een luchtcollector al of niet in combinatie met een Trombe muur' rendabel kan werken is nog niet aangetoond hoewel het systeem al lang bestaat. Systemen bestaande uit PV-panelen in combinatie met zonnecollectoren (PVT panelen) zijn inmiddels op de markt gekomen. Overigens gelden voor deze systemen dezelfde beperkingen als voor bovengenoemde collectoren. De behoefte aan kortere of langere termijn warmteopslag (en een warmtepomp) drijven de investeringen op tot boven een op dit moment voor de bulk van de markt acceptabel niveau. Warmteterugwinning voor ventilatielucht en douchewater hebben een hoger rendement op de investering. Aan de ontwikkeling van TIM (translucente isolatie materialen) is door veel onderzoeksinstituten rond 10 jaar geleden veel aandacht besteed. Met de komst van dubbel glas met een U-waarde in de buurt van 1 W/m 2.K is de belangrijkste grond voor verdere ECN-E

14 ontwikkeling weggevallen; het invangen en isoleren van zonnewarmte. Voor toepassingen van daglichtregulering zijn inmiddels ook veelzijdiger en intelligentere mogelijkheden voorhanden. Vacuüm isolatie en vacuüm glas zijn beiden veelbelovende technieken. Vacuüm isolatie kan in bepaalde, compacte constructies nuttig zijn bij het voorkomen van koudebruggen. Als ruimtewinst wordt meegerekend is vacuüm isolatie al gauw rendabel toe te passen. Panelen met instelbare isolatiewaarde lijken voor woningen en kantoren minder goed toepasbaar. De afkoeling die door het uitschakelen van de isolatie in de zomer wordt bereikt is beperkt en minder effectief dan bijvoorbeeld zomer-nachtventilatie. Bovendien heeft het koelend oppervlak (de buitengevel) een zeer asymmetrische koudestraling tot gevolg hetgeen comfortproblemen geeft. Photovoltaïsche (PV) panelen kunnen op vele plaatsen worden toegepast en ook in de gevel. Bij integratie in een zuidgevel neemt de opbrengst af tot circa 75% van het maximum. De toepassing van PV wordt zonder subsidie op dit moment nog veelal te duur gevonden maar het brengt wel zeer specifieke architectonische mogelijkheden met zich mee. De combinatie met daglichttoetreding kan esthetisch attractief zijn maar heeft het nadeel niet instelbaar te zijn (het concept van PV-lamellen als zonwering is hierop een uitzondering). Alle vaste voorzieningen voor zonwering en daglichtsturing, anders dan prismatische, brengen een vermindering van de toetreding van daglicht met zich mee. Vormen van lichtplanken binnen of buiten de gevel kennen het probleem van vervuiling. Om onder alle omstandigheden de juiste zonwerings- en daglicht regelingscondities te kunnen creëren is een aanpasbaar systeem nodig. Het zonnedioderaam bijvoorbeeld, is aanpasbaar aan zomer- en wintercondities. Echter zomeren winterseizoen lopen in elkaar over; in de zomer komen koude periodes voor en omgekeerd. Een aanpasbaar systeem is daarom te verkiezen boven een twee-standensysteem. 2.2 Inventarisatie & analyse markt Doel van de taak Om de wensen en eisen van de uiteindelijke gebruikers te inventariseren is binnen de Rijksgebouwendienst een groep van deskundigen geformeerd die in het project als een klankbordgroep fungeerde Werkzaamheden Door potentiële eindgebruikers in het ontwerpproces te raadplegen is een goede feedback gekregen van aspecten die van belang zijn voor de beoogde technologieontwikkeling. Door de eerste gegenereerde ideeën voor te leggen, werd duidelijk welke aspecten de potentiële eindgebruiker belangrijk acht en of het projectteam met het concept op de goede weg zit Resultaten Bij de toetsing van het eerste Zon-WEL concept (zie Resultaten) door de Rijksgebouwendienst kwam naar voren dat men enthousiast over het getoonde concept was. Er werden wel een aantal mogelijke knelpunten genoemd en er werden aandachtspunten voor de verdere uitwerking aangereikt. Het ging hierbij om onder meer de volgende punten: In kantoortuinen is de akoestiek vaak een probleem. Hier wordt vaak gebruik gemaakt van 'schotten' hangend aan het plafond (baffels) en deze verstoren het gewenste coanda-effect (de luchtstroom die blijft 'plakken' aan het plafond) Als de warmtewisselaar van de warmtepomp lek raakt kan dan koelmiddel in de ruimte worden verspreid? Dwarsventilatie door het gebouw bij openstaande deuren is mogelijk een probleem. Moet bij onderhoud het apparaat van zijn plaats? Moet bij vervangen van de filters het bureau van zijn plaats? Kan het reguliere onderhoud ingepast worden in het totale onderhoud van het gebouw? ECN-E

15 Bij ontdooien van de warmtewisselaar vindt recirculatie plaats. Dit moet tot het minimum worden beperkt. De decentrale installatie units vergen elke 1.20 meter een aparte elektrische aansluiting. Op basis van de onderzoeksresultaten en na het voorleggen van de eerdere resultaten aan de klankbordgroep is besloten dat het concept voor verdere ontwikkeling geschikt is. Zie ook Evaluatie en definitieve keuze voor meer informatie. 2.3 Inventarisatie & analyse ecologie Doel van de taak Om te kunnen waarborgen dat het ontwikkelde gevelconcept ook goed presteert ten aanzien van de milieubelasting is bepaald wat het milieuprofiel van de Zon-WEL gevel in vergelijking met standaardgevels is. De milieuprestatie in de verschillende fases (realisatie, gebruik en afdanking) van de Zon-WEL gevel is bepaald door de effecten van grondstoffen/materiaalgebruik, energiegebruik en afval te beschouwen. Deze analyse is gemaakt op basis van het ontwikkelde Zon-WEL concept dat in hoofdstuk 4 beschreven wordt Werkzaamheden Er is een kwantitatieve vergelijking gemaakt tussen de milieu-effecten bij huidige gangbare productietechnieken en het beoogde gevelconcept. Er is in een vergelijking gemaakt tussen een kantoorgebouw met de Zon-WEL gevel en een gebouw met standaard gevels door de effecten op het milieu van wieg tot graf middels de Life Cycle Analysis (LCA) - methodiek te beschouwen Resultaten Het doel van een milieugerichte levenscyclusanalyse (LCA) is het systematisch vaststellen van de milieuprestatie van een product. Het principe van deze methode berust op een inventarisatie van de interactie tussen het product en het milieu. Hierbij wordt de gehele levensduur in beschouwing genomen. De milieubelasting van de referentie kantoorcel wordt bepaald door per fase in de levenscyclus te kijken naar de interactie met het milieu. Er worden drie fasen onderscheiden, te weten productie, gebruik en afdanking. Per fase spelen andere factoren een rol bij deze interactie. De resultaten van de bepaling van de milieuprestatie van de Zon-WEL gevel, zoals wordt beschreven in hoofdstuk 4, in vergelijking met een standaard gevel zijn in onderstaande figuur weergegeven: ECN-E

16 Milieuprestatie Zon-WEL en referentie kantoorcel Milieubelasting [-] Referentie kantoorcel Zon-WEL kantoorcel 0 Productie Gebruik Afdanking Figuur 2 Milieuprofiel van de Zon-WEL kantoorcel vergeleken met een referentiekantoorcel. Deze milieuprestatie is bepaald met het programma Sima Pro. De berekende milieubelasting staat weergegeven op de y-as, en geeft voor de drie levensfasen productie, gebruik en afdanking de score aan van de Zon-WEL kantoorcel in vergelijking met de referentiekantoorcel: Productie De productiefase in de levenscyclus van een product kenmerkt zich door productie en assemblage. Voor deze fase worden in een LCA alle materialen van het product met bijbehorende hoeveelheid geïnventariseerd. Daarnaast wordt informatie verzameld over de productie- en assemblageprocessen. Voor de Zon-WEL kantoorcel is primair gekeken naar de toegepaste materialen. De Zon-WEL kantoorcel heeft in de productiefase een betere milieuprestatie dan de referentiekantoorcel, omdat er door de gereduceerde verdiepingshoogte minder van dezelfde bouwmaterialen in het concept verwerkt zijn. Dit betekent automatisch minder uitputting van grondstoffen en minder energiegebruik bij productie. In de vergelijkingsstudie is de impact van materiaalgebruik van de installaties niet meegenomen. Gebruik De gebruiksfase in de levenscyclus van een product, betreft de periode tussen aanschaf en afdanking. De fase kenmerkt zich door energiegebruik met de daarbij behorende emissies, zoals CO2 uitstoot. De milieuprestatie van een product gedurende zijn gebruiksfase is daardoor sterk afhankelijk van het type energiedrager dat wordt gebruikt en de manier waarop deze energie opgewekt is. Energieprestatie van het product speelt dus een belangrijke rol in de mate van milieubelasting in de gebruiksfase. Het energiegebruik van het Zon-WEL concept is ongeveer een derde van het energiegebruik door de referentie kantoorcel. Dit betekent niet automatisch een drie keer betere milieuprestatie; het type energiedrager (gas of elektra) is immers ook van belang. Het elektriciteitsgebruik wordt in de vergelijking zwaarder gewogen en uiteindelijk presteert de Zon-WEL kantoorcel hierdoor een factor twee beter dan de referentie kantoorcel. Afdanking De afdanking vormt de laatste fase in de levenscyclus van een product. Afdanking houdt in, dat het product wordt gestort, verbrand of gerecycled. Afdanking is over het algemeen een proces dat energie kost; door benutting van verbrandingswarmte kan echter ook energie opgewekt ECN-E

17 worden. Hieruit volgt dat in de afdankingfase zowel een positief als negatief energiegebruik geconstateerd worden. De afdankingsfase heeft minimale invloed op het milieuprofiel van de Zon-WEL gevel. Desondanks scoort de Zon-WEL gevel in deze fase van de levenscyclus wederom beter omdat meer recyclebare materialen worden toegepast Conclusie In de gebruiksfase wordt duidelijk dat de milieuprestatie beter is door de betere gebouwschil en de energie efficiëntere installaties die in de Zon-WEL gevel zijn toegepast. De Zon-WEL kantoorcel scoort ongeveer een factor twee beter op het milieuprofiel dan de referentie kantoorcel. Dit komt vooral door het lagere energiegebruik in de gebruiksfase. Ook in de productie- en afdankingfase scoort de Zon-WEL gevel beter, maar het effect hiervan op het milieuprofiel is minimaal. De betere energieprestatie van de Zon-WEL gevel geeft niet een geheel evenredige verbetering van de milieuprestatie. Oorzaak hiervan is het verschil in energiedrager voor warmteopwekking: in de referentiesituatie wordt aardgas gebruikt voor verwarming en in de Zon-WEL kantoorcel elektriciteit. Omdat voor de elektriciteitsopwekking in Europa een mix van fossiele, duurzame en nucleaire bronnen is genomen, geeft dat een zwaardere milieubelasting per opgewekte MJ elektriciteit dan het opwekken van elektriciteit door middel van uitsluitend gasgestookte elektriciteitscentrales. Door het feit dat de energiedrager elektriciteit relatief veel invloed heeft op de milieuprestatie van de Zon-WEL gevel, kan de milieubelasting effectief worden teruggebracht door meer gebruik te maken van duurzame bronnen bij het opwekken van elektriciteit, en het reduceren van fossiele en nucleaire bronnen in deze mix. 2.4 Synergiepunten Doel van de taak Bij dit laatste onderdeel van deze taak ging het erom antwoord te kunnen geven op de vraag: Hoe kunnen de zonnegevel componenten elkaar versterken/aanvullen? Werkzaamheden Door slimme combinaties van componenten te maken kan de zonnegevel meerwaarde krijgen. Aan de hand van onder meer een brainstormsessie is gekeken naar een dusdanige uitwerking van het Zon-WEL concept dat de integratie van oplossingen een meerwaarde geeft en marktconform kan worden uitgevoerd Resultaten Voorafgaand aan de algemene brainstorm/workshop zijn door Cepezed in samenwerking met ECN en TNO enkele concepten gegenereerd waarbij de ontwerpbenadering in abstracte vorm en met beelden beschreven werd. Deze concepten zijn ter inspiratie gepresenteerd aan de overige partners. Bij de brainstorm/workshop zijn een aantal interessante reacties en ook nieuwe ideeën geuit die weer de basis vormde voor de verdere uitwerking van de concepten. Door de toepassing van bijvoorbeeld een 'intelligente vensterbank' (zie onderstaand figuur) kan de intelligentie in de gevel worden gebracht en kan het casco eenvoudig en goedkoop uitgevoerd worden. ECN-E

18 Figuur 3 Concept Zon-WEL intelligente vensterbank ECN-E

19 3. Taak II: Programma van wensen & eisen Voor de te ontwikkelen gevel(onderdelen) is een lijst van gewenste functiespecificaties opgesteld. Deze variëren van wettelijke en bouwkundige eisen tot eisen op verschijningsvorm, energetische functies, etc. Om het scala aan gewenste functies op hun waarde te kunnen schatten worden zij door de eindgebruikers gewogen op importantie. Naast optionele, gewenste functies zijn er ook harde randvoorwaarden vanuit bouwkundige, (Bouwbesluit, EPC e.d.), constructieve, bouwfysische, energetische, gebruiksmatige, economische, esthetische, architectonische en ecologische eisen en randvoorwaarden. Door deze eisen en wensen op te stellen in een Programma van wensen & eisen is het kader gegeven waarin de componenten ontwikkeld moesten worden. 3.1 Doel van de taak Door eisen en wensen op te stellen in een Programma van wensen & eisen wordt een duidelijk kader geschapen waarbinnen de componenten ontwikkeld dienen te worden. 3.2 Werkzaamheden Voor de te ontwikkelen gevel(onderdelen) is een lijst van gewenste functiespecificaties opgesteld. Deze variëren van wettelijke en bouwkundige eisen tot eisen op verschijningsvorm, energetische functies, etc. 3.3 Resultaten Hieronder volgt een beknopte weergave van het resulterende Programma van Eisen & Wensen: Hoofddoel ZonWEL-project: Ontwikkeling van innovatieve gevelcomponenten en gevelconcepten die na integratie en onderlinge afstemming leiden tot een intelligent gevelsysteem dat : zich aanpast aan heersende condities (dag/nacht, seizoenen) ten behoeve van: o optimalisatie van opwekking duurzame energie o minimalisatie gebruik primaire brandstoffen o garanderen van de luchtkwaliteit o garanderen comfort (warmte, licht, ) van gebruikers marktconform is (d.w.z. zich qua investering, exploitatiekosten en esthetiek niet negatief onderscheidt van gangbare gevelsystemen) een halvering van het (gebouwgebonden) energiegebruik realiseert, en later zelfs energie-nul concepten mogelijk maakt over de gehele levensketen een lage milieu-impact heeft (vermindering materiaal- en energiegebruik tijdens productie- en gebruiksfase, goede hergebruiksmogelijkheden) Eisen & wensen De te ontwikkelen Zonnegevel zal modulair en gelaagd zijn opgebouwd, waarbij de eindgebruiker de keuze heeft om de gevel meer of minder functies toe te kennen. Er wordt een modulair concept ontwikkeld waarin componenten gecombineerd kunnen worden, waardoor variatie ontstaat in de hoeveelheid: opgewekte zonnestroom voorverwarmde lucht of water warmtetransmissie ECN-E

20 zon- en daglichttoetreding Inzet met betrekking tot veelbelovende gevelcomponenten: dunne-film zonnepanelen doorzicht PV regelbare vacuümisolatie (intelligente) lichtregulerende beglazing en zonwering Contextaspecten: Focus op met name U-bouw, met een eenvoudige versie voor W-bouw Toepassing van slimme regelingen (nachtkoeling, sturing, ) Gelijkstroom (DC) installatie-componenten toepassen Motivatie voor integratie van PV in gevels in plaats van daken op basis van financieeleconomische, bouwtechnische en architectonische afwegingen. Ontwikkelingen van technologie bij de diverse partners in het consortium. Doorbreken van de belemmerende factor: conservatieve houding van de bouwkolom. Bouw -, assemblage - en bevestigingsmethodieken Prefabriceren van componenten Geïndustrialiseerd bouwen ( mass customized products ) Ontwerpen voor productie: Design For Manufacturability (DFM) Synergie in combinatie van componenten: méér dan de som der delen Flexibiliteit voor en na het bouwen Open systeem (gemakkelijke aansluiting op bestaande/andere gebouwen en systemen) Verschil in gebruikerspatronen van woningen versus kantoren Gevel en zijn varianten moeten worden gedefinieerd vanuit gebouwconcepten. Naast optionele, gewenste functies zijn er ook concrete, harde randvoorwaarden (Bouwbesluit, EPN, Arbo e.d.) vanuit bouwkundige constructieve, bouwfysische, energetische, gebruiksmatige, economische, esthetische, architectonische en ecologische eisen en randvoorwaarden. Nadat het Zon-WEL gevelconcept in een volgende fase door middel van schetsen is uitgewerkt (zie hiervoor Hoofdstuk 4 Taak III: Gevelconceptontwikkeling & deelonderzoek) is nog een aanvulling gemaakt op het bovenstaande programma van eisen en wensen. Aanvullende eisen: Het is belangrijk dat een moduulmaat wordt gekozen die zo klein mogelijk is om een grote flexibiliteit te waarborgen in gevelindelingen. Ook met het oog op de beschikbare breedte van bijvoorbeeld plaatmateriaal is het verstandig een relatief smalle beukmaat te kiezen. Een ondergrens van 1200 mm lijkt het meest geschikt. Het gevelvlak dient volledig vrij indeelbaar en invulbaar te zijn door de architect: transparant, translucent, gesloten. Wel kunnen ideale indelingen en invullingen voorgesteld worden en randvoorwaarden voor een minimaal prestatieniveau. Belangrijk is dat de gevel (met het gestelde basisniveau: basic ) bovengemiddeld moet presteren zonder de hulp van allerlei uitsteeksels in het gevelvlak en andersoortige opvallende componenten aan de binnen- of buitenzijde van de gevel. Deze componenten kunnen echter wel aangeboden worden in het systeem maar dan slechts als aanvulling op het basisontwerp en met als gevolg een hogere prestatie. Op deze manier wordt een goed functionerende gevel met een zo neutraal mogelijk uiterlijk gecreëerd. De basisvariant moet uitgebreid kunnen worden naar energetisch en comforttechnisch meer geavanceerde varianten. Het idee is dat klanten (lees: architecten) elementen kunnen toevoegen. Toevoegen is immers leuker dan wegnemen: er is dan meer een idee van een eigen ontwerp. ECN-E

21 Hierbij is het van belang dat per 1200 mm gevelbreedte het klimaat middels de voorziene Climate Control Unit (CCU) geregeld kan worden zodat toekomstige herindelingen van de plattegrond geen probleem zijn. Om de flexibiliteit te vergroten dienen er aan het achterliggende vertrek geen of zo min mogelijk eisen gesteld te worden (afgezien van maximale diepte etc.). Dit verhoogt de inzetbaarheid in de markt. Om maximale winst uit de ruimtebesparing te halen door de installatie in de gevelzone te plaatsen is het belangrijk dat er geen verlaagd plafond vereist is om de verdiepingshoogte nog verder te minimaliseren. Aanvullende wensen: Er moet een duidelijk onderscheid gemaakt worden in woningbouw en utiliteitsbouw; deze verschillen te veel om met één systeem te kunnen ondervangen. o Flexibiliteit is gewenst en wel als volgt: o Flexibiliteit tijdens de productiefase van de gevel: afmetingen moeten gemakkelijk aanpasbaar zijn ondanks een beoogd industrieel productie proces. o Flexibiliteit vlak vóór de bouw: de configuratie van de gevel moet aan te passen zijn kort voor de montage van de componenten. o Flexibiliteit na de bouw: componenten moeten inwisselbaar zijn voor andersoortige componenten zonder grote bouwkundige gevolgen. Het gebruik van de gevel moet voor de klant een duidelijke besparing opleveren ten opzichte van gangbare gevelsystemen ondanks een waarschijnlijk hogere prijs. Dit kan op verschillende manieren: o directe kosten besparing door een lagere verdiepingshoogte; o directe kostenbesparing door het verminderen van energiegebruik; o indirecte kostenbesparing door de comfortverhoging en creëren van een gezonder klimaat. Assemblage op de bouwplaats heeft de voorkeur boven traditionele bouwwijzen, zeker bij complexe, intelligente en relatief kostbare componenten. Bij voorkeur worden slechts droge verbindingswijzen toegepast. Snel water- en winddicht zijn van het gebouw heeft hoge prioriteit en just-in-time management kan helpen bij een zo kort mogelijke opslag van gevoelige componenten op de bouwplaats. Het complete Programma van eisen en wensen is opgesteld in het rapport over deze deeltaak, getiteld 'Dynamische zonnegevel Zon-WEL - Eindrapportage deeltaak 2: Programma van eisen en wensen' (TNO report 2004-DEG-R059). ECN-E

22 4. Taak III: Gevelconceptontwikkeling & deelonderzoek Door middel van kleinschalige testen, metingen en toetsing van tekening zal worden vastgesteld of de gevel voldoet aan de opgestelde bouwkundige en functionele eisen en wensen. Met name de technische, energetische en bouwkundige kwaliteiten worden hier geëvalueerd. Op basis van de in de vorige taken opgedane algemene kennis betreffende bouwfysische eigenschappen, en het energetisch en bouwkundig functioneren is in deze fase een definitief ontwerp gemaakt. Tevens zijn er 1:1 prototypes gemaakt die in deze fase getest zijn op maakbaarheid op componentniveau. Aan het einde van deze taak zijn de schetsontwerpen uitgewerkt naar een voorlopig ontwerp van gevelcomponenten en gevelsysteemconcepten. Op basis van de onderzoeksresultaten en na raadplegen van de klankbordgroep werd in deze fase besloten of het concept voor verdere ontwikkeling geschikt was. 4.1 Conceptontwikkeling met behulp van PvE Doel van de deeltaak Doel van deze deeltaak was om schetsontwerpen te maken aan de hand van het opgestelde Programma van Eisen en Wensen Werkzaamheden In de conceptontwikkelingsfase zijn varianten voor componenten en systemen opgesteld en onderzocht. Er zijn integrale bouwkundige en energetische concepten opgesteld met de drie elementen warmte, licht, en elektriciteit als gemene deler. Door het maken van schetsontwerpen voor componenten en complete gevelsystemen en het opstellen van energie-concepten wordt de materialisatie en vormgeving ingevuld Resultaten Voortbouwend op de intelligente vensterbank is het vernieuwende gevelgeïntegreerde autonome installatie unit concept als uitgangspunt voor de Zon-WEL gevel gedefinieerd. De ontwikkeling is gebaseerd op het idee van een volledige integratie van klimaatinstallaties in de gevel. Alle comfortbepalende functies worden door deze dynamische zonnegevel verzorgd. Onder andere door de zeer goede isolatie en actieve zonwering en door het toepassen van gebalanceerde ventilatie is de warmte- en koudevraag zeer gering, deze kan verzorgd worden door een zeer kleine warmtepomp die de buitenlucht naar wens kan verwarmen of koelen. Figuur 1 Schetsen van in de gevel geïntegreerde installaties Het idee is ontstaan om alle componenten in één installatiebox in de gevel op te nemen. De direct of indirect door zonnestroom gevoede componenten verzorgen het klimaat in het achterliggende vertrek. De autonome unit maakt besparing op installaties, verlaagde plafonds, radiatoren, leidingen, ventilatiekanalen, etc., mogelijk. ECN-E

23 De installatie-unit kan ter hoogte van de vloer of als borstwering worden uitgevoerd. Vloer/gevel integratie geeft maximale indelingsvrijheid, goede inblaas en afzuigmogelijkheden voor ventilatie. Plaatsing van de installatie-unit in de borstwering geeft een goede bereikbaarheid, past in gevels van standaard dikte. Voor de invulling van de modulair opgebouwde gevel kan naar wens uit een meer of minder uitgebreid 'pakket' gekozen worden. De Zon-WEL 'basic' variant heeft bijvoorbeeld wel een installatie-unit en vacuumisolatie maar geen lichtsturing en zonnecelpanelen. De Zon-WEL 'pro' versie heeft alle optionele comfortverhogende en energiebesparende opties. Zie bijlage 1 voor schetsen van het Zon-WEL gevelsysteem en de varianten. Bij het ontwerp wordt een grote flexibiliteit beoogd. Dit betekent weinig eisen aan de constructiewijze van het gebouw, maatvoering, variatie in uitstraling: vrij indeelbaar gevelvlak. Dit heeft voorlopig geresulteerd in een voorgestelde maatvoering van 1,2 m breed en een beperking van de maximale toe te passen vertrekdiepte van 7,0 m. Er is onderscheid tussen woningbouw en kantoorbouw door verschillen in beschikbaar budget, gebruiksmomenten, verwarmings- verlichtings-, ventilatie en koeltebehoefte, acceptatiegraad gebruikers. Het voorlopige Zon-WEL concept is in onderstaande 3d-schets weergegeven door Cepezed: Figuur 2 Schetsen Zon-WEL concept 4.2 Bouwfysisch en bouwtechnisch onderzoek Doel van de deeltaak In deze deeltaak is verkennend onderzoek gedaan naar de keuzes voor gevel-, gebouw- en installatieparameters met het oog op de gewenste energetische doelstellingen en de beoogde kwaliteit en de gezondheidsaspecten voor de achterliggende ruimten Werkzaamheden De onderzoeksactiviteiten richtten zich in deze deeltaak op toe te passen materialen, de bouwfysische en energetische vraagstukken. Het uitvoeren van berekeningen en simulaties voor het energetisch en bouwfysisch functioneren (energie opbrengst, warmte en koudevraag, lichtaspecten) is hierbij een belangrijk onderdeel geweest. De architect en de leveranciers/ontwikkelaars van componenten gaven door het maken van schetsontwerpen aan hoe de componenten bouwkundig en architectonisch optimaal op elkaar afgestemd konden worden. Bij het maken van de schetsontwerpen werd teruggekoppeld aan het programma van eisen en aan de uitkomsten van het bouwfysisch/bouwtechnisch onderzoek. ECN-E